5G通信技術(shù)促進(jìn)軍用無人機(jī)發(fā)展探究

孫海波

作為未來戰(zhàn)爭重要形式，戰(zhàn)術(shù)級一體化聯(lián)合作戰(zhàn)對通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)有極高要求，強(qiáng)調(diào)要通過對相關(guān)技術(shù)的合理運(yùn)用，妥善解決組網(wǎng)以及快速接入等問題，以為作戰(zhàn)提供可靠通信網(wǎng)絡(luò)支持。鑒于此，5G通信技術(shù)開始在軍用無人機(jī)中得到了運(yùn)用。

無人機(jī)即無人駕駛飛機(jī)，英文簡稱UAV，是運(yùn)用自備程序與無線電遙控設(shè)備實(shí)施控制的不載人飛機(jī)設(shè)備。有部分無人機(jī)會(huì)在車載計(jì)算機(jī)間歇性或完全性支持下，自主展開操作，整體操作較為智能。經(jīng)過多年努力，無人機(jī)技術(shù)得到了飛躍性發(fā)展，已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到了軍事、地質(zhì)探勘等領(lǐng)域，應(yīng)用價(jià)值極為突出。為更好地對軍用無人機(jī)相關(guān)內(nèi)容展開探討，在此將先對無人機(jī)產(chǎn)業(yè)基本情況展開分析。

一、無人機(jī)產(chǎn)業(yè)基本情況

1917年，無人機(jī)首次試飛成功，并開始在軍事領(lǐng)域得到應(yīng)用。發(fā)展到上世紀(jì)90年代，設(shè)備開始在民用領(lǐng)域中得到運(yùn)用，大量無人機(jī)民企公司開始出現(xiàn)，對無人機(jī)行業(yè)發(fā)展形成了有效推動(dòng)。就產(chǎn)業(yè)類型而言，無人機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈主要可以分為保障輔助、硬件制造以及應(yīng)用服務(wù)三個(gè)部分，其中硬件制造是無人機(jī)研發(fā)生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涵蓋控制系統(tǒng)、技術(shù)方案以及機(jī)體制造等內(nèi)容，產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為成熟，在無人機(jī)市場中占有絕對份額。

我國無人機(jī)市場成長態(tài)勢極為喜人，在全球市場中有著不可忽視的地位。預(yù)計(jì)在2025年，我國民用無人機(jī)市場產(chǎn)值將超過1800億人民幣，相關(guān)技術(shù)研發(fā)與發(fā)展也會(huì)更加成熟，會(huì)為無人機(jī)研發(fā)與應(yīng)用提供可靠保障，這對于民用無人機(jī)、軍用無人機(jī)發(fā)展而言，是極為有利的。而5G技術(shù)的應(yīng)用，會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)無人機(jī)發(fā)展，會(huì)為無人機(jī)應(yīng)用創(chuàng)造出更加理想的通信網(wǎng)絡(luò)條件。

二、5G無人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

（一）大寬帶視頻傳輸技術(shù)

多數(shù)類型無人機(jī)配備分辨率都需達(dá)到4K-8K，對攝像頭清晰度要求較高，或按照需要，會(huì)從空中拍攝全景視頻或高清視頻。所拍攝內(nèi)容需要實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器端，以供操作人員獲得數(shù)據(jù)信息，展開后續(xù)一系列操作。而這些需求均需要100M以上通信網(wǎng)絡(luò)，才可滿足實(shí)時(shí)傳輸要求。在運(yùn)用5G技術(shù)之后，可通過對高階調(diào)制、大寬帶載波以及大規(guī)模天線陣列等技術(shù)的運(yùn)用，達(dá)到控制信號干擾、提升頻譜效率的目標(biāo)，能夠有效提高單個(gè)用戶空口數(shù)據(jù)傳輸帶寬，而以用戶為基礎(chǔ)展開的無邊界網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，也會(huì)在核心網(wǎng)端為設(shè)備使用提供高效率數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，會(huì)為無人機(jī)應(yīng)用與數(shù)據(jù)信息采集提供可靠技術(shù)保障。

（二）控制信號傳輸技術(shù)

無人機(jī)設(shè)備控制系統(tǒng)對端到端信號傳輸時(shí)延有著極為嚴(yán)格的要求，為保證無人機(jī)操作準(zhǔn)確性，需要通過對控制系統(tǒng)的運(yùn)用，保證無人機(jī)操作實(shí)時(shí)控制響應(yīng)效果，應(yīng)保證信號傳輸時(shí)延時(shí)間可以被控制在20ms以下。在5G新空口技術(shù)復(fù)制下，控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了上下行免調(diào)度、前置導(dǎo)頻以及迷你幀結(jié)構(gòu)等機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對空口數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延問題的有效控制，且數(shù)據(jù)傳輸與反饋也得到了高質(zhì)量管控，可在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成，能夠?qū)崿F(xiàn)對重傳、反饋時(shí)間的有效壓縮。

（三）應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)

為妥善改善無人機(jī)應(yīng)用或控制數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延問題，保證無人機(jī)應(yīng)用智能化水平，可通過對5GMEC技術(shù)的運(yùn)用，在網(wǎng)絡(luò)邊緣實(shí)施無人機(jī)應(yīng)用服務(wù)器設(shè)置。確保在服務(wù)器支持下，可實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的智能化運(yùn)用，進(jìn)而達(dá)到有效降低業(yè)務(wù)延遲時(shí)間，保證無人機(jī)應(yīng)用體驗(yàn)效果的目標(biāo)。

三、無人機(jī)偵察系統(tǒng)

就軍事角度而言，無人機(jī)設(shè)備可反復(fù)進(jìn)行使用，能夠?yàn)榧鹤鲬?zhàn)、扁平指揮提供可靠技術(shù)方面保證，為戰(zhàn)場情況分析與判斷提供精準(zhǔn)信息支持。與有人駕駛飛機(jī)相比，無人機(jī)并不需要有人駕駛，可以在超低溫、超高溫等惡劣環(huán)境中駕駛，并沒有過載方面的限制，可以承受較大震動(dòng)以及沖擊力，擁有良好的生命力以及隱蔽性，不懼傷亡，整體操作較為簡單、靈活，可有效避免飛行員傷亡問題，會(huì)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮出更大的作用。在軍事領(lǐng)域，無人機(jī)主要用于敵情偵察、重型武器火力制導(dǎo)以及電子打擊對坑等領(lǐng)域，作用較為突出，對提升我軍軍事實(shí)力有著極為積極的影響。

無人機(jī)偵察系統(tǒng)主要由搭載框架、視頻采集模塊以及視頻編碼器三部分所組成。其中搭載框架主要包括電池、機(jī)械部件以及飛控系統(tǒng)等幾部分內(nèi)容，會(huì)為設(shè)備提供平穩(wěn)空中平臺，保障無人機(jī)飛行靈活性。而視頻采集模塊包括紅外成像、白光成像兩種設(shè)備，通過對圖像傳感器的運(yùn)用，可將設(shè)備所采集的景物轉(zhuǎn)換為電信號，并會(huì)通過A/ D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字圖像信號，數(shù)字信號會(huì)被傳輸?shù)綌?shù)字信號處理芯片之中實(shí)施加工。無人機(jī)使用鏡頭分辨率可以達(dá)到1200萬像素，可滿足運(yùn)動(dòng)拍攝以及高清拍攝實(shí)際需要。視頻編碼器會(huì)在數(shù)據(jù)鏈設(shè)備以及機(jī)載通信設(shè)備支持下，完成圖像傳輸?shù)热蝿?wù)，具有抗干擾能力強(qiáng)以及圖像傳輸延時(shí)低等優(yōu)勢，是無線傳輸關(guān)鍵所在，在5G技術(shù)支持下，5G信號會(huì)與服務(wù)器有效聯(lián)合在一起，能夠按照一定比例打包視頻圖像，完成圖像到云端的傳輸。

四、5G技術(shù)在軍用無人機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢

5G通信有著明顯的低功耗、高速率、低時(shí)延特征，應(yīng)用可靠程度較高。通過對技術(shù)的合理運(yùn)用，可達(dá)到快速完成空中以及空地信息數(shù)據(jù)傳輸目標(biāo)，能夠在提升無人機(jī)自主性的同時(shí)，成功推動(dòng)裝備智能化發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)應(yīng)用場景的切實(shí)拓展，能夠?qū)ξ磥響?zhàn)爭技術(shù)發(fā)展形成有效推動(dòng)。

達(dá)到多樣化業(yè)務(wù)需求，保證無人機(jī)通信性能。無人機(jī)空中信息通信網(wǎng)絡(luò)三維性質(zhì)較為明顯，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)會(huì)在三維空間中高速進(jìn)行移動(dòng)，會(huì)引發(fā)拓?fù)漕l繁發(fā)生改變。鑒于此，實(shí)施空中通信網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議建設(shè)時(shí)，應(yīng)保證移動(dòng)性建模靈活度，并要做好三維空間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)精準(zhǔn)覆蓋問題處理。5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模多入多出技術(shù)，可在基站多天線陣列的作用下，運(yùn)用同一頻率、時(shí)間資源，滿足空間中分離多位用戶的具體要求。在技術(shù)支持下信號覆蓋垂直維度得到了有效延伸，空間自由度更加理想，可達(dá)到信號立體覆蓋要求，與無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)三維性質(zhì)保持一致，以便在3D波束賦形作用下，精準(zhǔn)對空中通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)展開定位。同時(shí)信號傳輸路徑豐富度也得到了有效拓展，為無人機(jī)通信可靠性奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。

軍用無人機(jī)運(yùn)用場景較為豐富，集群協(xié)作、戰(zhàn)場救援搜索以及追蹤監(jiān)測等任務(wù)開展，均需要具備一定的傳輸效率與傳輸真實(shí)性、可靠性。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)應(yīng)用效果并不理想，沒有得到實(shí)時(shí)傳輸高頻視頻需求，但以5G技術(shù)依托展開的數(shù)據(jù)傳導(dǎo)，可輕松滿足各種任務(wù)要求。同時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的運(yùn)用，可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源的科學(xué)劃分，能夠按照業(yè)務(wù)需求以及特定功能等，對資源展開重組，形成不同邏輯網(wǎng)絡(luò)切片。這些切片并不會(huì)相互干涉，會(huì)按照用戶需要提供特定網(wǎng)絡(luò)特性與能力。因?yàn)闊o人機(jī)在不同場景中實(shí)施應(yīng)用時(shí)，時(shí)延以及帶寬等要求并不相同，所以可借助網(wǎng)絡(luò)切片優(yōu)勢，將其所具有的靈活應(yīng)變能力充分發(fā)揮出來，確保網(wǎng)絡(luò)切片可以更加符合具體業(yè)務(wù)要求，能夠達(dá)到各種業(yè)務(wù)差異化應(yīng)用需要，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制成本、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)，確保資源利用率可以得到切實(shí)提升。

五、結(jié)束語

因?yàn)槭艿窖邪l(fā)、發(fā)展方面限制，5G技術(shù)在軍用無人機(jī)中的應(yīng)用還存在著較大的進(jìn)步空間，需要對其展開持續(xù)性研究與強(qiáng)化，應(yīng)通過全面合作以及持續(xù)性投入等手段，突破各項(xiàng)技術(shù)瓶頸，進(jìn)而將技術(shù)更好地運(yùn)用到軍用無人機(jī)之中，實(shí)現(xiàn)理想化無人機(jī)應(yīng)用模式，從而為我國軍事力量提升以及發(fā)展做出更多貢獻(xiàn)，達(dá)到預(yù)期設(shè)備運(yùn)用目標(biāo)。由于5G技術(shù)應(yīng)用所涉及內(nèi)容較廣，在此無法一一對其展開詳細(xì)闡述，所以只希望本文所述可以為我國軍用無人機(jī)發(fā)展提供一些理論方面支持。

作者單位：武警工程大學(xué)軍事基礎(chǔ)教育學(xué)院